多传感器数据融合在轮式机器人朝向角控制中的应用.pdf

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1、1400传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2011年第30卷第7期应用技一术一多传感器数据融合在轮式机器人朝向角控制中的应用吴振宇，李航，冯林，杜猛(大连理工大学创新实验学院，辽宁大连116023)摘要：针对轮式全向移动机器人运动时容易产生朝向角偏差这一问题，分析了轮式全向移动机器人的运动模型，对当前普遍采用的仅依靠编码器反馈的朝向角控制方法进行改进，将MEMS陀螺仪和数字罗盘应用到机器人系统中，提出了基于多传感器数据融合的朝向角控制方法，

2、提高了朝向角的控制精度。通过实验数据和在机器人足球比赛中的实际表现，证明了该方法的优势。关键词：多传感器数据融合；互补滤波器；机器人控制；轮式机器人中图分类号：TP242．1文献标识码：A文章编号：1000-0787(2011)07-0140-03Applicationofmulti—sensordatafusiontechnologyinorientationanglecontrolofwheeledrobotsWUZhen—yu，LIHang，FENGLin，DUMeng(SchoolofI

3、nnovationandExperiment，DalianUniversityofTechnology，Dalian116023，China)Abstract：TheorientationangleelTorisinevitablewhenwheeledomnidirectionalmobilerobotsmove．Inviewofthissituation，themotionmodelofthewheeledomnidirectionalmobilerobotisanalyzed，andane

4、wmethodbasedonmulti—sensordatafusiontechnologywiththeMEMSgyroscopeanddigitalcompassisintroduced．Thetraditionalorientationanglecontrolmethodwhichonlyrelyingonencodersandthecontrolprecisionisimproved．Theadvantagesofthenewmethodhavebeenprovedbyexperimen

5、taldatainlabsandtheperformanceinsoccer—likegames·Keywords：multi—sensordatafusion；complementaryfilter；robotcontrol；wheeledrobot0引言驱动轮均为全方位轮。机器人具有3个自由度(2个水平轮式全向移动机器人作为良好的机器人实验平台，广移动分量和一个自身旋转分量)，通过控制4个驱动轮的泛应用在机器人足球比赛等场合。足球机器人比赛是一项转动，可以调整机器人位姿，实现平面内任意速度、

6、任意朝新兴的人工智能研究领域，它融合了实时视觉、机器人控向的移动。制、无线通信、多机器人协作等多个领域的技术J。机器以机器人运动的地面作为工作平面建立XOY坐标系，0为车体的几何中心，机器人朝向方向为y轴，顺时针转动人足球比赛要求轮式全向移动机器人全自主运行，即传感90。后朝向方向为轴，如图1所示。假设机器人的速度矢器信息获取、路径规划、运动控制都是由机器人系统独立完y成。朝向角与运动方向和射门精度密切相关，因此，机～～～器人的朝向角控制在整个运动控制系统中显得尤为关键。、当前普遍采用的方法是使

7、用编码器获取每个驱动轮的线速度，由相应算法计算出机器人的平动速度和转动角速度，对角速度积分得出机器人的朝向角。然而，由于控．制方法的局限性和机械结构加工精度的影响，该方法获得＼≯／’的朝向角精度较低，不足以满足不断提高的竞赛水平对机～一器人精确运动的需求。1运动模型与控制方法图1轮式全向移动机器人运动模型本文研究的轮式机器人机械结构采用四轮蝶形分布，4个Fig1Motionmodelofwheeledomnidirectionalmobilerobot收稿日期：2010—10-20第7期吴振宇，

8、等：多传感器数据融合在轮式机器人朝向角控制中的应用141环PID控制器；从而完成机器人朝向角的闭环控制。对于上述控制模型而言，主要存在以下不足1)速度分解与合成算法建立在驱动轮和地面之间没有打滑的前提下，然而因碰撞和突然加减速导致的驱动轮打滑是不可避免的，必然会带来角速度的计算误差；2)该控制模型使用电机转速表示驱动轮的线速度，并假设驱动轮线速度与车体切线方向完全重合，并且驱动轮cos~,中心到车体几何中心的距离相等，忽视了驱动轮直径误差、车体加工和安装误差；／．3)由于积分算法的特性，朝向角误